一种压缩域的传输数据流音频自动增益控制方法技术

本发明专利技术公开了一种压缩域的传输数据流音频自动增益控制方法。该方法采用可编程逻辑器件（ＦＰＧＡ）和数字处理芯片（ＤＳＰ）协同完成压缩音频数据的增益调节，包括：ＦＰＧＡ提取ＴＳ流中的音频压缩数据，存入存储器之一；ＤＳＰ首先取出存储器之一的数据，从中提取编码参数、比例因子和量化音频数据；然后把量化音频数据进行反量化和反缩放处理；接着计算信号的频谱能量，依据目标频谱能量采用预测方法计算增益量；最后依据增益量修改压缩音频数据中的标志位，并把修改后数据存入存储器之二；ＦＰＧＡ再把存储器之二的音频压缩数据嵌到ＴＳ流中。该方法不需要把ＴＳ流的压缩音频数据解压到原始模拟音频信号，增益控制完全在音频压缩域内实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及音频增益控制方法，特别是涉及一种TS (传输数据)流压縮音频的自动增 益控制方法。
技术介绍
现有的音频增益方法都是在原始的未压縮的音频信号上进行增益控制，但是随着数字 广播系统的逐步推广，未来的广播系统将逐渐被数字广播系统所取代，而数字广播系统中 的音频信号都是经过MPEG压縮的，所以现有的音频增益方法不能直接对压縮后的音频 进行增益控制，而需要首先把压縮音频数据解压到原始的未压缩数据，然后利用传统的音 频增益方法进行增益控制调节，接着把增益控制后的音频数据进行MPEG压缩，最终完 成数字广播系统中的压縮域音频的自动增益控制。从处理流程上来看，传统的方法在处理 压縮域的TS流音频自动增益控制过程非常繁琐，并且还会由于数据的解压和压縮这些过 程给音频数据带来损耗，降低音频的原有音质。
技术实现思路
本专利技术就是针对以上的问题，提出一种TS流压縮音频的自动增益控制方法，该方法 直接应用到数字广播系统的发射端，调节各个节目之间的音频增益，提高广播质量。 本专利技术的目的通过如下技术方案实现一种压縮域的传输数据流音频自动增益控制方法采用FPGA (可编程逻辑器件)和 DSP (数字处理芯片)协同完成TS流中的音频数据的增益调节，控制方法包括如下步骤(1) FPGA芯片之一提取TS流数据中的音频压縮数据，并存入存储器之一；(2) DSP处理器从存储器之一中取出音频压縮数据，并在音频压縮数据中提取编码参数；(3) DSP处理器根据提取的编码参数信息，提取相应的比例因子和量化音频数据；(4) DSP处理器根据音频解压原理，把量化音频数据进行反量化，然后根据比例因子 再进行反縮放处理，得到相应的子带频谱信号；(5) DSP处理器利用子带的频谱信号，计算当前信号的频谱能量，并与目标频谱能量 进行比较，采用预测方法实现增益量的计算；(6) DSP处理器把计算出来的增益量，通过log函数转换成修改量，直接修改压縮数 据流中的縮放因子系数，最后把修改后的压縮数据存入存储器之二中；(7) FPGA芯片之二取出DSP处理器存储到存储器之二的数据，把数据进行TS组包， 并嵌回原始的TS流中。为进一步实现本专利技术目的，所述增益量的调节是修改音频压縮数据流中的scalefactor 縮放因子系数，当增益大于1的时候，减小scalefactor縮放因子，当增益小于1的时候， 增加scalefactor縮放因子，所增加或减小scalefactor縮放因子的值为修改量。所述的修改量是所计算出来的增益量的log函数值。所述的增益量计算主要选用频谱能量，频谱能量主要是压縮音频信号进行反量化和反縮放，得到子带频谱信号，利用每个子带的频谱信号，计算各子带的频谱能量，并把各 子带频谱能量进行叠加，计算信号在频谱域的总能量。所述增益量的获取是采用能量预测方法，给出目标信号能量pw/，解压音频数据计算当前信号能量戸，利用ga/ = ga : *(1 + w ** (p/-p力)预测公式计算增益因子g/， 其中w增益调节因子，；^e/理想增益值，」px当前信号功率，」Ry是目标功率，gm'是增 益值。相对于现有技术本专利技术具有如下优点和有益效果(1) 此技术专利技术直接在压縮域内对音频的增益进行调节，不需要解压和压縮过程，解 决了传统音频增益方法在解决压縮音频信号的增益控制的难题，并且保持了音频的原有音 质。(2) 此技术专利技术的解决方案完全在音频的压縮域内进行，避免了解压和压縮过程，从 最终的系统结构框架上来看，整体实现流程简单，系统复杂度低。(3) 此技术专利技术所用器件主要是可编程逻辑器件，DSP处理芯片和一些常用的数字芯 片，这些芯片的价格非常低廉，所以系统的总体成本很低廉。附图说明图1位TS流压縮音频的自动增益控制器的硬件结构图 图2为TS流压縮音频的自动增益控制器的系统框图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本设备作进一步的说明，但本专利技术所要求保护的范围并不局限于实施例所涉及的范围。如图1所述， 一种压縮域的TS流音频自动增益控制系统主要采用FPGA芯片和处理 器共同完成TS流压縮音频的自动增益控制。在整个系统中，输入的TS流数据必须先经过 一个串/并转换器之一将输入的串行TS流数据转换成并行数据，并行数据是8位宽，串/并 转换器用CYPRESS公司的CY7B933芯片。经过串/并转换后的8位宽数据送入FPGA芯 片之一，FPGA芯片之一完成从TS流数据提取相应的音频数据。提取出来的音频数据直接 存储到存储器之一中。存储器之一采用NEC公司的D42280GU型号的FIFO芯片。当存储 器之一中数据存储够8K数据后，处理器将一次性的从存储器之一中提取8K音频数据。处 理器将这8K音频数据进行相应的自动增益处理。处理器处理完后的数据存入存储器之二， 存储器之二也采用NEC公司的D42280GU型号的FIFO芯片。FPGA芯片之二把存储器之 二中的数据进行TS打包处理。打包处理后的数据再送入并/串转换器之二。并/串转换器采 用CYPRESS公司的CY7B923芯片完成。并/串转换器之二将打包好的数据转换成串行的 TS流输出。在实际的系统中，FPGA芯片之一和FPGA芯片之二采用1片ALtera公司的 EP1C8来完成，它们分别是两个不同的模块。处理器采用TI公司的TMS320C6000芯片。附图2是TS流压縮音频的自动增益控制方法的主要系统框图。TS流压縮音频的自动 增益控制方法主要包括以下处理步骤(1) TS流音频包提取。TS流主要有两种格式，188和204包结构大小，这两种包结 构的主要区别在于204包结构比188包结构多了 16位的RS的检验位，其他结构都相同， 即4个字节的包头和184字节的数据。在4个字节的包头中，其中有一个13bit大小的PID 标志，主要标识184字节数据的节目源。FPGA芯片之一利用已知的音频的PID，提取其中 的184字节的音频数据，提取后的存入存储器之一，等待处理器的提取。(2) 提取编码参数。处理器提取存储器之一中的音频数据后，处理器在压縮音频数据 中寻找字节为FFF的帧同步。找到帧同步后，接下来的数据位分别是lbit的版本号、 2bits的层标志、lbit的错误保护标志，4bits的比特率标志、2bits的采样频率标志、lbit的 填充位、lbit的扩展位、2bits的模式位、2bits的模式扩展位、lbit的版本标志、lbit的原 创标志和2bits重点标志。这些标志位和帧同步，总共32bits，即4个字节，具体包头结构 在1997年清华大学出版社出版的，由钟玉琢，乔秉新，祁卫所著的运动图像及其伴音通 用编码国际标准一MPEG2已有详细的描述。这些标志位就是后继的编码所需要的编码参 数。(3) 提取编码数据。根据提取的编码参数，可以确定当前压縮音频数据的层号，比特率和采样率等信息参数，这些参数将用来辅助提取真正的压縮音频数据。在压縮音频数据 中主要包括两种信息， 一种是比例因子信息，另外一种是量化音频数据。根据比特分配表， 处理器可以从压縮音频数据中得到每一个子层的比例因子和量化音频数据。这两部分数据 是整个系统中的关键数据，量化音频数据可以用来统计音频信号的能量大小，而比例因子 主要用来调节音频信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩域的传输数据流音频自动增益控制方法，其特征在于，采用可编程逻辑器件和数字处理芯片协同完成ＴＳ流中的音频数据的增益调节，该控制方法包括如下步骤：　　　　（１）ＦＰＧＡ芯片之一提取ＴＳ流数据中的音频压缩数据，并存入存储器之一；　　　　（２）ＤＳＰ处理器从存储器之一中取出音频压缩数据，并在音频压缩数据中提取编码参数；　　　　（３）ＤＳＰ处理器根据提取的编码参数信息，提取相应的比例因子和量化音频数据；　　　　（４）ＤＳＰ处理器根据音频解压原理，把量化音频数据进行反量化，然后根据比例因子再进行反缩放处理，得到相应的子带频谱信号；　　　　（５）ＤＳＰ处理器利用子带的频谱信号，计算当前信号的频谱能量，并与目标频谱能量进行比较，采用预测方法实现增益量的计算；　　　　（６）ＤＳＰ处理器把计算出来的增益量，通过ｌｏｇ函数转换成修改量，直接修改压缩数据流中的缩放因子系数，最后把修改后的压缩数据存入存储器之二中；　　　　（７）ＦＰＧＡ芯片之二取出ＤＳＰ处理器存储到存储器之二的数据，把数据进行ＴＳ组包，并嵌回原始的ＴＳ流中。

【技术特征摘要】
1、一种压缩域的传输数据流音频自动增益控制方法，其特征在于，采用可编程逻辑器件和数字处理芯片协同完成TS流中的音频数据的增益调节，该控制方法包括如下步骤(1)FPGA芯片之一提取TS流数据中的音频压缩数据，并存入存储器之一；(2)DSP处理器从存储器之一中取出音频压缩数据，并在音频压缩数据中提取编码参数；(3)DSP处理器根据提取的编码参数信息，提取相应的比例因子和量化音频数据；(4)DSP处理器根据音频解压原理，把量化音频数据进行反量化，然后根据比例因子再进行反缩放处理，得到相应的子带频谱信号；(5)DSP处理器利用子带的频谱信号，计算当前信号的频谱能量，并与目标频谱能量进行比较，采用预测方法实现增益量的计算；(6)DSP处理器把计算出来的增益量，通过log函数转换成修改量，直接修改压缩数据流中的缩放因子系数，最后把修改后的压缩数据存入存储器之二中；(7)FPGA芯片之二取出DSP处理器存储到存储器之二的数据，把数据进行TS组包，并嵌回原始的TS流中。2、 根据权利要求l所述的压縮域的传输数据流音频自动增益控制方法，其特征在于， 增益量的调节是修改音频压縮数据流中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭礼华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]